Vysmívá se nám? Údajný prstenec temné hmoty v kupě galaxií Cl 0024+17. Kredit: NASA, ESA, M.J. Jee & H. Ford (Johns Hopkins University)

Jak asi všichni vědí, temná hmota se stále nevyjasňuje, ať fyzici dělají, co dělají. Tušíme, že tam venku temná hmota někde je, skoro to víme, ale přesto nám protéká mezi prsty. Je to úsměvné, inspirující a někdy strašně k vzteku. Běžná, tedy baryonová hmota, o které leccos víme, představuje jenom 4,9 procenta vesmíru. 26,8 procent je právě ta temná hmota, co se nám už docela dlouho vysmívá, a 68,3 procent vesmíru tvoří temná energie, o které je lepší nemluvit, abychom nepřivolávali přízraky. Procenta se mohou v jednotlivých odhadech mírně lišit, ale rána mezi oči naší důstojnosti to je vždycky.

Johar Ashfaque. Kredit: J. Ashfaque.

Co je tedy zač temná hmota? Pokud to není nějaký omyl, výstřední fyzika nebo vtip, tak temnou hmotu nejspíš tvoří nějaké částice. Vzhledem k jejich speciální povaze na ně ale není snadné vyzrát. Johar Ashfaque, doktorand strunové fenomenologie Liverpoolské univerzity, sestavil hitparádu pěti částic, které považuje za nejnadějnější kandidáty na temnou hmotu. Zatím těžko říct, jestli mezi nimi bude i vítěz, ale taková už temná hmota je. Tahle veliká záhada plodí spoustu rozverných hypotéz, které dělají fyziku ještě přitažlivější.

1. WIMPy

Podle Ashfaqueho vypadají docela slibně WIMPy, čili „slabě interagující masivní částice“. Pokud by existovaly, tak by každou sekundu procházelo každým čtverečním centimetrem povrchu Země kolem 100 tisíc těchto částic. S běžnou hmotou by interagovaly pouze prostřednictvím slabé jaderné síly a gravitace. Vědci loví WIMPy s velkou vervou, zatím ale neúspěšně. Mohl by je zachytit například detektor programu XENON v italské podzemní laboratoři Gran Sasso, který hledá scintilační záblesky v nádrži se spoustou kapalného xenonu. Dlouho byli za nejlepší kandidáty na WIMPy považováni supersymetričtí partneři částic Standardního modelu, zejména neutralina, supersymetrie je teď ale ve vážné krizi a fyzici se od ní začínají odvracet.

Experiment XENON100. Kredit: Xenon Dark Matter Project.

2. Axiony

Axiony by měly být lehké a pomalé částice, které nenesou náboj. S okolní hmotou by měly interagovat jen velmi slabě, což dělá jejich detekci velmi obtížnou, ale nikoliv nemožnou. Temnou hmotu by mohly vysvětlit jedině axiony o specifické hmotnosti. Těžší či lehčí axiony, než je tato hmotnost, bychom prý už našli. Pokud axiony existují, tak by se měly rozpadat na páry fotonů, které bychom mohli objevit. Experimenty, jako je Axion Dark Matter Experiment na Washingtonské univerzitě v Seattlu, vyzbrojený velkým supravodivým magnetem, se právě o tohle snaží.

3. MACHO objekty

Masivní astrofyzikální kompaktní halo objekty, zkráceně MACHO, vlastně byly mezi prvními kandidáty na temnou hmotu. Měly by to být černé díry, neutronové hvězdy, hnědí trpaslíci, bílí trpaslíci, jejich shluky, kterým se říká RAMBO, a podobné fascinující záležitosti. Vtip je v tom, že tihle kandidáti jsou z běžné hmoty, jen nejsou vidět. Pozoruhodné rovněž je, že MACHO existují, známe jich celou řadu. Tohle vysvětlení podstaty temné hmoty spočívá v tom, že MACHO objektů je ohromné množství, jen o nich zatím nevíme. Teď se ale ukazuje, že jich pravděpodobně není dost na to, aby mohly vysvětlit působení temné hmoty. Hvězda MACHO zapadá.

4. Kaluzovy-Kleinovy částice

Axion Dark Matter Experiment. Kredit: Mary Levin / University of Washington.

Kaluzova-Kleinova teorie je starší koncept, vystavěný kolem páté dimenze, která se možná skrývá za čtyřrozměrným prostorem. Vycházejí z ní teorie strun. Tahle teorie mimo jiné předpověděla existenci částice o hmotnosti 550 až 650 protonů, která by mohla být podstatou temné hmoty. Kaluzovy-Kleinovy částice by měly interagovat s běžnou hmotou prostřednictvím gravitace i elektromagnetismu. Potíž je v tom, že by tyhle částice měly být smotané v dimenzi, kterou nevidíme. Na druhou stranu by se Kaluzovy-Kleinovy částice měly rozpadat na neutrina a fotony, což bychom mohli pozorovat na urychlovačích částic. Velký hadronový srážeč ale zatím nic takového nehlásí.

5. Gravitina

Teorie, které kombinují obecnou relativitu a supersymetrii do lahodného mixu supergravitace, předpovídají existenci částic zvaných gravitina. Supersymetrie předpokládá, že každý fermion má bosonického superpartnera, a naopak. Například foton, což je boson, by měl mít supersymetrický protějšek fotino, a graviton, částice ve kvantové teorii pole, která zprostředkovává gravitační sílu, by měl mít jako svůj protějšek gravitino. V některých teoriích supergravitace jsou gravitina velmi lehká, a představují kandidáty na temnou hmotu. Kandidaturu gravitin ovšem kazí fakt, že samotné gravitony jsou stále jen hypotetické, a jak už bylo řečeno, se supersymetrií to teď nevypadá moc růžově.

Tolik tipy Johara Ashfaqueho. Ve hře jsou ještě další úžasné věci, jako zrcadlová hmota (mirror matter), SIMPy, čili silně interagující masivní částice nebo třeba temná makra. Hon na temnou hmotu každopádně pokračuje.

Literatura

Conversation 15. 12. 2015, Wikipedia (Dark matter).